(57)【要約】【課題】プラズマの放電状態を容易に制御することができる誘電性構造体を提供する。【解決手段】誘電体基板２と、誘電体基板２の第１表面Ｓ１に設けられた第１電極４ａと、誘電体基板２の内部若しくは誘電体基板２の第１表Ｓ１面に対向する第２表面Ｓ２に設けられた第２電極４ｂとを備える。この誘電性構造体１は、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間に電圧が生じると、第１電極４ａの周囲にプラズマを発生可能である。そして、第１電極４ａは、外周に沿って、第１表面に平行な方向に突出した複数の突出部Ｐを有する。【選択図】図２
2010033914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の第１表面に設けられた第１電極と、
前記誘電体基板の内部若しくは前記誘電体基板の前記第１表面に対向する第２表面に設けられた第２電極と
を備え、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が生じると、前記第１電極の周囲にプラズマを発生可能な誘電性構造体であって、
前記第１電極は、外周に沿って、前記第１表面に平行な方向に突出した複数の突出部を有する誘電性構造体。
【請求項２】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の第１表面に設けられた第１電極と、
前記第１表面に関して前記誘電体基板とは反対の位置に設けられた第２電極と
を備え、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が生じると、前記第１電極の周囲にプラズマを発生可能な誘電性構造体であって、
前記第１電極は、外周に沿って、前記第１表面に平行な方向に突出した複数の突出部を有する誘電性構造体。
【請求項３】
前記第１電極は、その外周が鋸歯形状である請求項１または請求項２に記載の誘電性構造体。
【請求項４】
前記誘電体基板の前記第１表面に、複数の前記第１電極が存在し、前記第２電極は、前記複数の第１電極に対向する表面を備えている請求項１または請求項２に記載の誘電性構造体。
【請求項５】
前記誘電体基板において、前記第１電極の外周に接する領域は、他の領域よりも誘電率が低い請求項１から請求項４のいずれかに記載の誘電性構造体。
【請求項６】
第１方向に沿って配列された複数の誘電体基板と、
前記各誘電体基板の第１表面にそれぞれ設けられた第１電極と、
前記各誘電体基板の内部若しくは該各誘電体基板の前記第１表面に対向する第２表面にそれぞれ設けられた第２電極と
を備え、
前記第１電極および前記第２電極は、前記第１方向に沿って対向し、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が生じると、前記第１電極の周囲にプラズマを発生可能な誘電性構造体であって、
前記第１電極は、外周に沿って、前記第１表面に平行な方向に突出した複数の突出部を有する誘電性構造体。
【請求項７】
第１方向に沿って配列された複数の誘電体基板と、
前記各誘電体基板の第１表面にそれぞれ設けられた第１電極と、
前記誘電体基板の間に設けられた第２電極と
を備え、
前記第１電極および前記第２電極は、前記第１方向に沿って対向し、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が生じると、前記第１電極の周囲にプラズマを発生可能な誘電性構造体であって、
前記第１電極は、外周に沿って、前記第１表面に平行な方向に突出した複数の突出部を有する誘電性構造体。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の誘電性構造体と、
前記誘電性構造体の前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電源と
を備えた放電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の放電装置と、
前記第１電極に接するように流体を供給する供給源と
を備える流体改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプラズマ発生体として用いられる誘電性構造体、およびその誘電性構造体を用いた放電装置、並びに流体改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ放電技術は、オゾン発生器、電気集塵装置、空気清浄機、および有害ガス分解装置など幅広い分野において利用されている技術である。このプラズマ放電技術を用いるためのプラズマ発生体として、例えば、一方向に配列された複数の平板状電極を有するものがある。このようなプラズマ発生体においては、電極間に高電圧を印加してプラズマ場を発生させる。このプラズマ場内に流体を通過させると、流体中の物質を分解することが可能となり、例えば排ガスの浄化に用いることができる。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２２１０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のプラズマ発生体においては、プラズマ放電の起点を制御できず、結果としてプラズマ放電が不均一になる場合があった。すなわち、平板状電極で挟まれた空間において放電状態の制御が困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、プラズマの放電状態を容易に制御することができる誘電性構造体、その誘電性構造体を用いた放電装置、並びに流体改質装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の誘電性構造体は、誘電体基板と、誘電体基板の第１表面に設けられた第１電極と、誘電体基板の内部若しくは誘電体基板の第１表面に対向する第２表面に設けられた第２電極とを備える。この誘電性構造体は、第１電極と第２電極との間に電圧が生じると、第１電極の周囲にプラズマを発生可能である。そして、第１電極は、外周に沿って、第１表面に平行な方向に突出した複数の突出部を有する。
【０００６】
本発明の第２の誘電性構造体は、誘電体基板と、誘電体基板の第１表面に設けられた第１電極と、第１表面に関して誘電体基板とは反対の位置に設けられた第２電極とを備える。この誘電性構造体は、第１電極と第２電極との間に電圧が生じると、第１電極の周囲にプラズマを発生可能である。そして、第１電極は、外周に沿って、第１表面に平行な方向に突出した複数の突出部を有する。
【０００７】
好ましくは、第１または第２の誘電性構造体において、第１電極は、その外周が鋸歯形状である。この誘電性構造体を第３の誘電性構造体という。
【０００８】
好ましくは、第１または第２の誘電性構造体において、誘電体基板の第１表面に、複数の第１電極が存在し、第２電極は、複数の第１電極に対向する表面を備えている。この誘電性構造体を第４の誘電性構造体という。
【０００９】
第１乃至第４の誘電性構造体のいずれかにおいて、好ましくは、誘電体基板において、第１の外周に接する領域は、他の領域よりも誘電率が低い。この誘電性構造体を第５の誘電性構造体という。
【００１０】
本発明の第６の誘電性構造体は、第１方向に沿って配列された複数の誘電体基板と、各誘電体基板の第１表面にそれぞれ設けられた第１電極と、各誘電体基板の内部若しくは該各誘電体基板の第１表面に対向する第２表面にそれぞれ設けられた第２電極とを備える。
第１電極および第２電極は、第１方向に沿って対向する。第１電極と第２電極との間に電圧が生じると、第１電極の周囲にプラズマを発生可能である。第１電極は、外周に沿って、第１表面に平行な方向に突出した複数の突出部を有する。
【００１１】
本発明の第７の誘電性構造体は、第１方向に沿って配列された複数の誘電体基板と、各誘電体基板の第１表面にそれぞれ設けられた第１電極と、誘電体基板の間に設けられた第２電極とを備える。第１電極および第２電極は、第１方向に沿って対向する。第１電極と第２電極との間に電圧が生じると、第１電極の周囲にプラズマを発生可能である。第１電極は、外周に沿って、第１表面に平行な方向に突出した複数の突出部を有する。
【００１２】
本発明の放電装置は、第１乃至第７のいずれかに記載の誘電性構造体と、誘電性構造体の第１電極と第２電極との間に電圧を印加する電源とを備える。
【００１３】
本発明の流体改質装置は、上記放電装置と、第１電極に接するように流体を供給する供給源とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の誘電性構造体によれば、プラズマの放電状態を容易に制御することができる。
【００１５】
本発明の放電装置によれば、プラズマの放電状態を容易に制御することができる放電装置を実現できる。
【００１６】
本発明の流体改質装置によれば、プラズマの放電状態を容易に制御して、流体をより高い効率で改質することができる流体改質装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の誘電性構造体の実施の形態について詳細に説明する。  
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による誘電性構造体の構成例を示す斜視図であり、図２（ａ）は、図１の誘電性構造体の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、図２（ｃ）は、図１の誘電性構造体の平面透視図である。図１乃至図２に示されるように、本実施の形態による誘電性構造体１は誘電体からなる基板２を備える。基板２の第１表面Ｓ１には、第１電極４ａが設けられている。また、基板２の内部には、第２電極４ｂが設けられている。第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、誘電体を挟んで対向する線状の電極であり、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間に電圧を印加することにより第１電極４ａの上面の放電空間５にプラズマを発生させることが可能である。ここで、第２電極４ｂに基準電位が供給されるとともに、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間に交流電圧が印加される。
【００１９】
本実施の形態による誘電性構造体１では、第１電極４ａは、外周に沿って、第１表面Ｓ１に平行な方向に突出した複数の突出部Ｐを有する。なお、以下では、第１電極４ａおよび第２電極４ｂを区別せずに、単に「電極４」という場合がある。
【００２０】
さらに、基板２の端面には、第１電極４ａに電気的に接続される外部端子６ａと、第２電極４ｂに電気的に接続される外部端子６ｂが設けられる。なお、本明細書で基板２とは、内部に形成された電極４等の他の部品を除いた部分をいい、後述するように誘電性構造体１が複数のセラミックグリーンシートの積層体とその各セラミックグリーンシートの表面及び内部に形成された電極ペーストを同時焼成して得られる場合には、その積層体のみをいう。
【００２１】
本実施の形態による誘電性構造体１では、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間に高電圧を印加して放電空間５にプラズマを発生させ、この放電空間５に例えば排気ガス等の流体を通過させることにより、流体中の化学物質を反応および分解させる。
【００２２】
また、本実施の形態による誘電性構造体１では、第１電極４ａの突出部Ｐをプラズマ放電の起点としている。このように第１電極４ａの突出部Ｐがプラズマ放電の起点となるのは、第１電極４ａの突出部Ｐは、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間に電圧を印加した場合に電界の集中が生じやすく、第１電極４ａにおける突出部Ｐの電位を、他の部位の電位と比較して高めることができるからである。これにより、放電空間５においては、第１電極４ａの突出部Ｐをプラズマ放電の起点とすることができる。
【００２３】
また、突出部Ｐは、第１表面Ｓ１に平行な方向に突出していることから、第１表面Ｓ１から放電空間側に突出している場合と比較して、放電空間を流れる流体の流れを妨げることを抑制でき、突出部のプラズマおよび流体による腐食も抑制することができる。
【００２４】
基板２は、電気絶縁材料から成り、例えば、セラミックスから成る。具体的に、基板２を製造する場合には、セラミックグリーンシートを準備し、次に準備したセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層し、高温（約１３００〜１８００℃）で焼成することによって製作される。電気絶縁材料としては、例えば、酸化アルミニウム焼結体（アルミナセラミックス）がある。例えば酸化アルミニウム質焼結体から成るグリーンシートは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、およびマグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法若しくはカレンダーロール法等を採用し、シート状に成形することによって得られる。
【００２５】
セラミックグリーンシートの積層体を作製する場合には、セラミックグリーンシートを積層した後圧着を行なう。圧着は３．０〜８．０ＭＰａ程度の圧力を加えて行ない、必要に応じて３５〜８０℃で加熱を行なう。また、セラミックグリーンシート同士の十分な接着性を得るために、溶剤と樹脂バインダーを混合するなどして作製した接着剤を用いてもよい。なお、電気絶縁材料としては、酸化アルミニウム質焼結体以外にも、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、コーディライト質焼結体、または炭化珪素質焼結体等が挙げられる。
【００２６】
第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、放電空間５にプラズマを発生させるための電極として機能する。第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、その端部が基板２の外表面近傍まで導出されており、外部端子６ａ，６ｂに直接に、または補助電極を介して電気的に接続される。第１電極４ａおよび第２電極４ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末電極からなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基板２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に第１電極４ａ，第２電極４ｂ用の電極ペーストを印刷塗布し、基板２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによって基板２の内部および表面に所定のパターンに形成することができる。電極ペーストは、主成分の金属粉末に有機バインダーおよび有機溶剤、並びに必要に応じて分散剤等を加えて、ボールミル、三本ロールミル、またはプラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練することで製作される。電極ペーストには、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼結後の基板２との接合強度を高めたりするためにガラスやセラミックスの粉末を添加してもよい。
【００２７】
また、第１電極４ａと第２電極４ｂの面積は、必要とするプラズマの強度、および第１電極４ａと第２電極４ｂと間に印加する電圧等によって適宜決定される。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭや酸化成分等の流体を浄化する。
【００２８】
基板２の端面には、外部端子６ａ、６ｂが形成されている。外部端子６ａ、６ｂは、外部電源から第１電極４ａおよび第２電極４ｂに電圧を印加するための導電路として機能し、基板２の表面に導出された第１電極４ａおよび第２電極４ｂのそれぞれに電気的に接続されている。外部端子６ａ、６ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末電極からなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基板２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に外部端子６ａ、６ｂ用の電極ペーストを印刷塗布し、基板２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによって誘電性構造体１の所定の位置に形成することができる。外部端子６ａ、６ｂ用の電極ペーストは、第１電極４ａおよび第２電極４ｂ用の電極ペーストと同様にして作製されるが、有機バインダーおよび有機溶剤の量により印刷に適した粘度に調製される。
【００２９】
なお、外部端子６ａ、６ｂの露出する表面には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を形成しておくことが好ましい。なお、外部端子６ａ、６ｂが酸化腐食するのを抑制するとともに、外部端子６ａ、６ｂと外部電源の電源端子との接合を強固なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金めっき層とが順次形成されていることが好ましい。なお、外部端子６ａ、６ｂにおいても、上述と同様に、高温下にて使用する場合には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を単層で形成しておいても構わない。
【００３０】
あるいは、外部端子６ａ、６ｂは、基板２用のセラミックグリーンシートの焼成後に、所定の位置に貼り付けられた金属板でもよい。
【００３１】
そして、外部電源の電源端子を圧接または接合等の手段により外部端子６ａ、６ｂに電気的に接続し、外部端子６ａ、６ｂを通して第１電極４ａおよび第２電極４ｂに電圧を印加すると、放電空間５にプラズマを発生させることができる。これにより、放電空間５を通過する流体は、プラズマを通過することとなるので、反応および分解されて、浄化される。例えば、還元雰囲気下においては、ＮＯＸ（窒素酸化物）は、下記の式（１）および（２）に示された反応より分解して、Ｎ２およびＯ２が生成されて浄化される。
【００３２】
２ＮＯ２  →  ２ＮＯ＋Ｏ２・・・・・・・・・・（１）
２ＮＯ＋Ｏ２  →  Ｎ２２＋２Ｏ２・・・・・・・・・・（２）
なお、放電空間５にプラズマを発生させるために、周波数の高い交流電圧が印加される。印加される交流電圧は、必要とされるプラズマの強度等によって適宜選択される。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）や酸化成分等の流体を浄化するプラズマ発生体において印加される交流電圧の周波数は、例えば、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚである。
【００３３】
また、第１電極４ａ、第２電極４ｂ間に印加する電圧は、交流電圧以外に、パルス電圧であってもよい。なお、交流電圧は、正弦波電圧に限らず、矩形波電圧若しくは方形波電圧等であってよい。
【００３４】
なお、図３に示すように、基板２の第１表面Ｓ１に第１電極４ａを配置し、第１表面Ｓ１に対向する基板２の第２表面Ｓ２に第２電極４ｂを配置してもよい。そのような場合も、第１電極４ａにおける突出部Ｐがプラズマ放電の起点となる。
【００３５】
また、基板２の第１表面Ｓ１において、第１電極４ａの突出部Ｐの周囲の誘電率を他の領域よりも低くすることが好ましい。図４は、そのような場合の誘電性構造体１の構成例を示す平面図である。図４に示す構成では、基板２の第１表面Ｓ１における突出部Ｐの周囲に、誘電体膜７が形成されている。この誘電体膜７は、基体２よりも誘電率が低い誘電体からなる。このように突出部Ｐの周囲に、誘電率が低い誘電体膜７を形成すると、突出部Ｐの周囲にプラズマが発生しやすくなる。これは、誘電率が低いことにより電界が集中しやすいためである。なお、第１電極４ａと基板の第１表面Ｓ１との間に誘電体膜７と同じ材料からなる誘電体膜を形成してもよい。
【００３６】
また、第１電極４ａの複数の突出部Ｐは、鋸歯形状であってもよい。図５は、第１電極４ａの外周が鋸歯形状である場合の誘電性構造体の構成例を示す平面図である。このように、第１電極４ａの外周が鋸歯形状である場合、突出部Ｐの先端が尖っており、電界がより集中しやすくなることから、第１電極４ａの外周部の周囲でよりプラズマが発生しやすくなる。
【００３７】
また、誘電性構造体は、複数の基板２が一方向に配列されて構成されてもよい。図６は、そのような場合の誘電性構造体の構成例を示す断面図である。図６に示すように、誘電性構造体１１は、第１方向Ｚに沿って配列された複数の基板２とその基板２を所定の間隔をあけて支持する支持部９とをそなえる。基板２と支持部９は、放電空間となる空洞５Ａ，５Ｂ，５Ｃを形成する。ここで、基板２の第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２は、第１方向Ｚに沿って対向している。
【００３８】
ここで、誘電性構造体１１において、３つ以上の基板２が配列される場合、第１方向Ｚにおける両端部の基板２以外の基板２は、その第１表面Ｓ１および第２表面Ｓ２に第１電極４ａがそれぞれ設けられ、その内部に第２電極４ｂが設けられる。このようにすると、空洞５を挟んで隣接する２つの基板２の空洞５に接する表面にそれぞれ第１電極４ａが配置されることになることから、空洞５内により多くのプラズマを発生させることができ、空洞５内を通過する流体をより効率良く改質することができる。
【００３９】
また、図６に示された誘電性構造体１１において、第２電極４ｂは、複数の電極層から形成されていてもよい。ここで、図７は、そのような場合の誘電性構造体１５の断面図である。図７に示すように、第１方向Ｚにおける両端部の基板２以外の基板２において、第２電極４ｂは、２層の電極層４ｂ１，４ｂ２とからなる。この構成によれば、電極層４ｂ１と第１電極４ａとの間の距離、および電極層と第１電極４ａとの間の距離を、第２電極４ｂと第１電極４ａとの間の距離よりも小さくすることができることから、第１電極４ａへの電荷の集中効果をより高めることができ、図６に示した誘電性構造体１１よりも、放電空間５の領域においてより強いプラズマを発生させることができる。このように、第２電極４ｂが複数の層からなる場合は、第１電極４ａと第２電極４ｂとの間の距離を小さくしても、基板２の厚み（第１方向Ｚの長さ）を薄くする必要がないため、基板２の強度を保つことができる。
【００４０】
なお、誘電性構造体１は、基板２が、セラミックグリーンシートを同時焼成することにより形成され、第１電極４ａ、第２電極４ｂ、および外部端子６ａ，６ｂが、電極ペーストをセラミックグリーンシートと同時に焼成することにより形成されることが好ましい。このことにより、誘電性構造体１はセラミックスと電極ペーストを同時焼成することにより一体化されているので、高温、高振動等の環境下で長期間使用される場合にも、誘電性構造体１の変形を小さなものとし、放電空間５または空洞５の形状をより安定したものとすることができる。従って、放電空間５および空洞５内を通過するＰＭや酸化性成分等の流体を長期間にわたってより安定して反応させ、分解させて良好に浄化することができる。
【００４１】
なお、上述の説明では、基板２の表面Ｓ１上に１つの第１電極４ａを設けたが、図８に示すように、複数の第１電極４ａを設けてもよい。このように複数の第１電極４ａを設けると、放電空間５内のプラズマ密度を上げることが可能となる。また、このように複数の第１電極４ａを設けると、放電空間５を広げることができるとともに、放電空間５の起点の位置も制御できる。第１電極４ａを規則的に、例えば、等間隔で並べると、放電空間５において、より均一なプラズマを得ることができる。
【００４２】
さらには、表面Ｓ１上に複数の第１電極４ａを設けた基板２を一方向に配列して、図６，７に示すような誘電性構造体を形成してもよい。この場合には、各空洞５におけるプラズマ放電状態を、所望の放電状態、例えば、均一なプラズマ状態にすることができる。
【００４３】
なお、誘電性構造体単独ではなく、他の排気ガスの浄化機構をともに用いてもよい。例えば、誘電性構造体の前後にフィルターや触媒を付着しておいても良く、これにより排気ガス中のＰＭや酸化成分等の排出をさらに低減させることができる。このようなフィルターとして、セラミック製のＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）等があり、触媒として白金等を用いることができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態による誘電性構造体２１の構成例を示す斜視図である。図１０（ａ）は、図９の基板２の上面図、（ｂ）は、図９に示した誘電性構造体２１の断面図、（ｃ）は、（ｂ）の変形例を示す断面図である。なお、図１０（ａ）では、第１電極４ａおよび第２電極４ｂの配置関係を明確にするために、第２電極４ｂも示している。図９および図１０に示されるように、本実施の形態による誘電性構造体２１は、基板２のＳ１に対向する表面Ｓ２１を備えた誘電体からなる基板２２を有し、その表面Ｓ２１に第２電極４ｂを設ける。すなわち、第２電極４ｂを第１表面Ｓ１に関して誘電体基板２とは反対の位置に設けている。
【００４５】
そして、第１電極４ａおよび第２電極４ｂを対向させて、第１電極４ａおよび第２電極４ｂの間に電圧を印加すると、第１電極４ａおよび第２電極４ｂ間にプラズマが発生する。
【００４６】
本実施の形態による誘電性構造体２１においても、基体２の第１表面Ｓ１に設けられた第１電極４ａの外周に突出部Ｐを有していることから、突出部Ｐに電界が集中し、第１電極４ａの外周をプラズマの起点とすることができる。これにより、第１電極４ａの外周部の周囲でよりプラズマが発生しやすくなる。
【００４７】
さらに、図１０（ｃ）に示されるように、第２電極４ｂは、基板２２の内部に設けられてもよい。このように配置すると第２電極４ｂが、プラズマおよび流体により腐食されることを抑制できる。
【００４８】
また、第２電極４ｂは、誘電体基板２２の表面および内部に設けられることなく、単体で配置されてもよい。その場合、第２電極４ｂは、その一部を基板２に接続する、または他の部材に接続することにより、保持されることが可能である。
【００４９】
さらには、表面Ｓ１上に複数の第１電極４ａを設けるとともに、各第１電極４ａに対向するように第２電極４ｂを設けてもよい。その場合の第２電極４ｂは、１枚の平板状の電極であってよい。
【００５０】
また、第１表面Ｓ１に第１電極４ａが設けられた基板２を一方向に配列し、その基板２の間に第２電極４ｂを設けることにより、誘電性構造体を形成してもよい。例えば、第１電極４ａが形成された基板２と、第２電極４ｂが形成された基板２２または第２電極４ｂとを交互に配列して、誘電性構造体を形成してもよく、図１１に示すように、第１電極４ａが形成された基板２と第２電極４ｂ単体とを交互に配列して誘電性構造体を形成してもよい。
【００５１】
（第３の実施の形態）
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る反応装置１００の構造的な構成を示す概念図である。なお、第１の実施の形態による誘電性構造体１１と同様の構成については、第１の実施の形態による通電性構造体１１と同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
反応装置１００は、第１の実施の形態の誘電性構造体１を備え、誘電性構造体１により被処理流体を処理して排出する装置として構成されている。被処理流体は、例えば、自動車の内燃機関の排気ガスであり、空洞５（以下、「放電空間」ともいう。）における化学変化によりＮＯｘが改質される。また、例えば、被処理流体は、冷蔵庫やエアコンに冷却媒体として使用されたフロンであり、空洞５における化学変化によりフロンが分解される。なお、以下では、反応装置１００のうち、誘電性構造体１１以外の部分を、反応装置本体部１０１ということがある。
【００５３】
反応装置本体部１０１は、被処理流体を供給する流体源１０３と、流体源１０３から誘電性構造体１１に被処理流体を導く供給管１０５（供給部の一例）と、誘電性構造体１１により処理された被処理流体を排出する排出管１０７と、被処理流体の流動を制御するための被処理流体用ポンプ１０９と、冷却媒体を供給する冷媒源１１１と、冷媒源１１１から誘電性構造体１１に冷却媒体を導く供給用流動管５０Ａ（冷却部の一例）と、誘電性構造体１１から冷媒源１１１に冷却媒体を導く排出用流動管５０Ｂと、冷却媒体の流動を制御するための冷却媒体用ポンプ１１３（冷却部の一例）とを備えている。
【００５４】
流体源１０３は、被処理流体としての排気ガスを排出する自動車の内燃機関等、被処理流体を生成するものである。あるいは、流体源１０３は、使用済みの冷蔵庫やエアコンの冷却媒体を保持したタンク等、被処理流体を保持するものである。
【００５５】
供給管１０５は、一端側が、流体源１０３の被処理流体を生成又は保持する空間に連通し、他端側が、誘電性構造体１１の空洞５に連通している。供給管１０５の誘電性構造体１１側は、空洞５の数に対応して第１分岐部１０５ａＡ、第２分岐部１０５ａＢ、第３分岐部１０５ａＣ（以下、単に「分岐部１０５ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０５ａＡ〜第３分岐部１０５ａＣは、それぞれ空洞５Ａ〜空洞５Ｃに連通している。
【００５６】
排出管１０７は、一端側が、誘電性構造体１１の空洞５に、供給管１０５とは反対側から連通し、他端側が、大気に開放され、又は、処理後の被処理流体を保持若しくは処理後の被処理流体に別の処理を施す不図示の空間に連通している。排出管１０７の誘電性構造体１１側は、空洞５の数に対応して第１分岐部１０７ａＡ、第２分岐部１０７ａＢ、第３分岐部１０７ａＣ（以下、単に「分岐部１０７ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０７ａＡ〜第３分岐部１０７ａＣは、それぞれ空洞５Ａ〜空洞５Ｃに連通している。なお、排出管１０７は、省略されてもよい。例えば、処理後の被処理流体が空洞５から大気へ直接的に排出されてもよい。
【００５７】
供給管１０５及び排出管１０７は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。供給管１０５及び排出管１０７は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａと、空洞５との接続は、例えば、分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａの端部を、基板２における空洞５の開口を有していない側面に当接させて、接着剤や螺合部材などの適宜な固定部材により分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａと基板２とを固定することにより行われる。なお、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａを空洞５に嵌合挿入したり、流出用接続管等の突出した環状部分を空洞５の端部に基板２と一体的に形成し、その突出部分を分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａに嵌合挿入することにより行われてもよい。
【００５８】
被処理流体用ポンプ１０９は、供給管１０５及び排出管１０７の少なくともいずれかに設けられている。図１２では、供給管１０５に設けられた場合を例示している。なお、流体源１０３が内燃機関である場合など、流体源１０３の動力により被処理流体が流動される場合には、被処理流体用ポンプ１０９は省略されてもよい。また、被処理流体用ポンプ１０９は、誘電性構造体１１に設けることも可能である。被処理流体用ポンプ１０９は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００５９】
冷媒源１１１は、例えば、熱交換器を含んで構成され、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体の温度を熱交換器により降下させて供給用流動管５０Ａに供給する。なお、冷媒源１１１は、冷却媒体を供給することができればよく、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体を受け入れて冷却媒体を循環させるものでなくてもよい。すなわち、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体は、冷媒源１１１とは異なる場所へ排出されてよい。例えば、冷却媒体として水道水が利用されるような場合に、排出用流動管５０Ｂからの水は、冷媒源１１１としての水源とは異なる場所へ排出されてよい。逆に、冷却媒体が循環される構成である場合には、冷媒源１１１は省略されてもよい。
【００６０】
供給用流動管５０Ａは、一端が冷媒源１１１に連通するとともに、他端が、上述のように、流入用接続管等を介して誘電性構造体１１の空洞５（流路）に連通している。排出用流動管５０Ｂは、一端が、基板２に一体的に設けられた流出用接続管等を介して誘電性構造体１１の空洞５に連通するとともに、他端が冷媒源１１１に連通している。流動管５０は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。流動管５０は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００６１】
冷却媒体用ポンプ１１３は、供給用流動管５０Ａ及び排出用流動管５０Ｂの少なくともいずれかに設けられている。図１２では、供給用流動管５０Ａに設けられた場合を例示している。なお、冷媒源１１１が高位置にあるタンクであり、重力により冷却媒体を流動させることができるなど、適宜に冷却媒体を流動させる動力が得られる場合には、冷却媒体用ポンプ１１３は省略されてもよい。また、冷却媒体用ポンプ１１３は、誘電性構造体１１に設けることも可能である。冷却媒体用ポンプ１１３は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００６２】
図１２は、反応装置１００の電気系の構成を示すブロック図である。ここでは、例として、基板２または支持体９の内部に基板２または支持体９の温度を検出するための温度検出素子１１５と、基板２を加熱するためのヒータ１１６とが設けられているものする。また、基板２の表面に、電極４に電圧を印加するための外部端子６ａ、６ｂ、温度検出素子１１５からの電気信号を出力ためのセンサ用端子１１８、ヒータ１１６に電力を供給するためのヒータ用端子１１９がそれぞれ露出しているものとする。
【００６３】
反応装置本体部１０１は、電極用端子１１７、センサ用端子１１８、ヒータ用端子１１９に接続される装置側電極用端子１４１、装置側センサ用端子１４３、装置側ヒータ用端子１４５を備えている。誘電性構造体１１は、これら端子を介して反応装置本体部１０１から電力が供給されて駆動制御される。具体的には、以下のとおりである。
【００６４】
電源部１２１は、例えば、バッテリを含んで構成され、バッテリからの直流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。あるいは、商用周波数の交流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。電源部１２１の電力は、制御部１２３、放電制御部１２５、温度検出部１２７、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９、冷却媒体用ポンプ１１３に供給される。
【００６５】
放電制御部１２５は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力に変換し、その変換後の電力を装置側電極用端子１４１及び電極用端子１１７を介して電極４に供給する。放電制御部１２５は、例えば、インバータや変圧器等の電源回路を含んで構成されている。放電空間５では、放電制御部１２５により印加された電圧に応じた量の放電が行われる。
【００６６】
温度検出部１２７は、例えば、温度検出素子１１５が温度変化により抵抗値が変化する抵抗体により構成されている場合、電源部１２１から供給される電力を適宜な電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側センサ用端子１４３及びセンサ用端子１１８を介して温度検出素子１１５に供給する。そして、温度検出素子１１５は、温度検出素子１１５の抵抗値を検出し、その検出した抵抗値に応じた信号を制御部１２３に出力する。温度検出素子１１５は、検出した抵抗値に基づいて温度検出素子１１５の温度を算出し、その算出値に応じた信号を制御部１２３に出力してもよい。
【００６７】
ヒータ駆動部１２９は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側ヒータ用電極１４５及びヒータ用電極１１９を介してヒータ１１６に供給する。ヒータ駆動部１２９は、例えば、整流回路や変圧器等の電源回路を含んで構成されている。ヒータ１１６では、ヒータ駆動部１２９により印加された電圧に応じた量の発熱が行われる。
【００６８】
被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３はそれぞれ、例えば、特に図示しないが、ポンプの駆動源としてのモータと、当該モータを駆動するモータドライバとを含んで構成されており、モータドライバは、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力又は直流電力に変換してモータに印加する。モータは、印加された電圧に応じた回転数で回転し、ひいては、印加された電圧に応じた力が被処理流体や冷却媒体に加えられる。
【００６９】
入力部１３１は、ユーザの操作を受け付け、ユーザの操作に応じた信号を制御部１２３に出力する。例えば、入力部１３１は、反応装置１００の駆動開始操作、駆動停止操作、温度設定や流量制御に係る各種のパラメータの設定操作を受け付け、操作に応じた信号を出力する。入力部１３１は、例えば、各種スイッチを含んだ制御パネルやキーボードにより構成されている。
【００７０】
制御部１２３は、例えば、特に図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を備えたコンピュータにより構成されている。制御部１２３は、温度検出部１２７や入力部１３１からの信号に基づいて、放電制御部１２５、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３に制御信号を出力する。
【００７１】
例えば、制御部１２３は、入力部１３１から反応装置１００の駆動開始操作に応じた信号が入力された場合には、電極４への電力の供給を開始するように放電制御部１２５に制御信号を出力し、入力部１３１から反応装置１００の駆動停止操作に応じた信号が入力された場合には、電極４への電力の供給を停止するように放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【００７２】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、誘電性構造体１１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、電極４へ供給する電力を、通常運転時に供給する電力よりも増加させるように、放電制御部１２５に制御信号を出力し、誘電性構造体１１が目標温度に到達した場合には、電極４へ供給する電力を通常運転時に供給する電力に維持するように、放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【００７３】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、誘電性構造体１１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、ヒータ１１６へ電力を供給し、又は、ヒータ１１６へ供給する電力を増加させるように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。そして、誘電性構造体１１が目標温度に到達した場合には、ヒータ１１６へ供給する電力を減少させ、又は、ヒータ１１６への電力の供給を停止するように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。
【００７４】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、誘電性構造体１１が効率的にプラズマを発生させることができる温度、あるいは、誘電性構造体１１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の目標温度とを比較し、検出された温度が目標温度よりも高い場合には冷却媒体の流速を高く、低い場合には冷却媒体の流速を低くするように、冷却媒体用ポンプ１１３へ制御信号を出力する。
【００７５】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、誘電性構造体１１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、被処理流体の流速を低く、達したと判定した場合は、被処理流体の流速を高くするように、被処理流体用ポンプ１０９へ制御信号を出力する。
【００７６】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、誘電性構造体１１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の温度範囲とを比較し、検出された温度が設定された温度範囲を超えた場合には、不図示の表示装置やスピーカ等の報知部に、異常の発生を報知するように制御信号を出力する。
【００７７】
以上の第３の実施の形態によれば、反応装置１００は、第１の実施の形態の誘電性構造体１１と、空洞５に被処理流体を供給する供給管１０５と、空洞５でプラズマ発生を行なって被処理流体を化学変化させた反応流体を排出するための排出管１０７とを備えているから、第１の実施の形態と同様に、誘電性構造体１１の耐久性の向上や誘電性構造体１１の小型化の効果が得られ、ひいては、反応装置１００の耐久性の向上や小型化の効果が得られる。
【００７８】
なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述においては、自動車、船舶、発電機等に使用されるディーゼルエンジン等の排気ガスの改質について説明を行っているが、その他の用途に使用される誘電性構造体およびその反応装置に適用してもよい。例えば、消臭、ダイオキシン分解、花粉分解等に使用される空気洗浄機器やプラズマエッチング、薄膜装置等に搭載される誘電性構造体および反応装置等に適用することができる。また、プラズマにより空洞５を通過する流体を反応または分解させるための誘電性構造体およびその反応装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による誘電性構造体の構成例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１の誘電性構造体の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、（ｃ）は、図１の誘電性構造体の平面透視図である。
【図３】第１の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す上面図である。
【図５】第１の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す上面図である。
【図６】第１の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す断面図である
【図７】第１の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す断面図である
【図８】第１の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す上面図である
【図９】本発明の第２の実施の形態による誘電性構造体の構成例を示す斜視図である。
【図１０】（ａ）は、図９の基板２の上面図、（ｂ）は、図９に示した誘電性構造体２１の断面図、（ｃ）は、（ｂ）の変形例を示す断面図である。
【図１１】第２の実施の形態による誘電性構造体の変形例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る反応装置の構造的な構成を示す概念図である。
【図１３】図１２の反応装置の電気系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８０】
１・・・誘電性構造体
２・・・基体
４ａ，４ｂ・・・電極
５・・・放電空間
６ａ，６ｂ・・・外部端子
【図１】
2010033914.tif 000003
【図２】
2010033914.tif 000004
【図３】
2010033914.tif 000005
【図４】
2010033914.tif 000006
【図５】
2010033914.tif 000007
【図６】
2010033914.tif 000008
【図７】
2010033914.tif 000009
【図８】
2010033914.tif 000010
【図９】
2010033914.tif 000011
【図１０】
2010033914.tif 000012
【図１１】
2010033914.tif 000013
【図１２】
2010033914.tif 000014
【図１３】
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